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Physique Chimie cycle 4

Cycle 4 4e Chapitre 1 : Réaliser des mesures dans un circuit

Par CEDRIC CHERY, publié le lundi 1 février 2016 14:43 - Mis à jour le mardi 25 septembre 2018 10:16

I) Mesure de la tension.

Le comte Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta est un physicien italien (1745-1827)

Alessandro Volta fait ses études à Rome. Passionné par l'étude des phénomènes électriques, son premier écrit scientifique est un poème écrit en latin, De vi attractiva ignis electrici ac phaenomenis inde pendentibus, alors qu'il est encore un jeune étudiant. En 1774, il devient professeur de physique à l'école royale de Côme ; en 1775 il y met au point l'électrophore, première machine électrique à influence. Il étudie par ailleurs la composition du gaz des marais et isole, en 1776, le méthane. [...]

De 1780 à 1783, il visite la France, l'Allemagne, les Pays-Bas et l'Angleterre et collabore avec Antoine Lavoisier et Pierre-Simon de Laplace à une étude de l'électricité atmosphérique.

[...]

Au début de l'année 1800, Volta présente, dans une lettre en français datée du 20 mars, adressée au président de la Royal Society, l'invention de la pile voltaïque qu'il a mise au point à la fin de l'année 17993 : un empilement de couples de disques zinc-cuivre en contact direct, chaque couple étant séparé du suivant par un morceau de tissu imbibé de saumure (eau salée). Il y souligne le fait que, lorsqu'on les sépare, la lame de cuivre prend une charge négative, et celle de zinc une charge positive. Le 7 novembre 1801, Volta présente sa pile devant l'Institut de France et y énonce la loi des tensions, ainsi que la valeur des tensions de contact des métaux classés par ordre d'électropositivité décroissante, du zinc à l'argent.

Napoléon Bonaparte, qui assiste à cette séance, lui fait décerner une médaille d'or, lui accorde une pension et le nomme comte du Royaume et sénateur du Royaume d'Italie.

Source : VIKIDIA

I) Définition et mesure de la tension

1. Définition :

La tension électrique est la différence de potentiel électrique qui existe entre deux points d'un circuit électrique. La tension est une grandeur qui se note avec la lettre U. L'unité de la tension est le volt (V)

On peut comprendre la notion de tension électrique par analogie avec la différence d'altitude entre deux points A et B. Si on imagine un cours d'eau, et que les altitudes A et B sont égales, il n'y aura pas de courant. De la même façon, il n'y a pas de courant électrique sans tension, c'est-à-dire sans différence de potentiel électrique entre les bornes d'une pile.

Si on imagine cette fois-ci ce même cours d'eau avec une différence d'altitude entre les deux points, l'eau va chuter jusqu'à l'altitude B. Pareil pour un circuit électrique.

2. Appareil de mesure : le voltmètre

Il faut préparer le multimètre pour qu'il fonctionne comme un voltmètre

Comment faire ? Exemple de mesure de la tension aux bornes d'une lampe. (Essayer les différents calibres : 600 200 20 et 2)

 

En résumé de la vidéo ci-dessus : Si on veut mesurer la tension aux bornes d'un dipôle, il faut brancher le voltmètre en dérivation sur ce dipôle.

Il faut placer le curseur de l'appareil dans la zone sur le plus grand calibre. (Ici 600 V.)

Il faut placer deux fils l'un sur la borne (COM) l'autre sur la borne (V)

Pour mesurer la tension aux bornes d'une pile on branche le voltmètre aux bornes de la pile. La borne (COM) est reliée à la borne négative, la borne (V) est reliée à la borne positive.

Le calibre correspond à la valeur maximale que peut mesurer le voltmètre sans être détérioré. Par précaution, on débute toujours la mesure en utilisant le plus grand calibre. Une fois la tension connue, on choisit le calibre immédiatement supérieur à cette mesure.

Pour vérifier que tu as compris

Schéma du voltmètre

 

Schéma normalisé du voltmètre Schéma du voltmètre branché aux bornes d'une lampe dans un circuit

3. Notation des résultats

  • Si la tension du générateur est de 12 volts on le note : UG = 12 V
  • Si la tension aux bornes de la lampe L1 vaut 5 volts on le note : UL1 = 5 V
  • Si la tension aux bornes d'un moteur vaut 3 volts on le note : UM = 3 V
UG = 12 V
C'est la grandeur que l'on mesure. (La tension aux bornes du générateur)   C'est la valeur que l'on a mesuré. C'est l'unité associée à cette grandeur.

 

En résumé : La fiche d'utilisation du voltmètre

II) Mesure de l'intensité du courant.

 

Ampère (André-Marie) est un physicien français (1775-1836).

Il a été l'un des premiers hommes à avoir fait la distinction entre les atomes et les molécules. Il est célèbre à partir de 1820 grâce à une expérience (celle de Hans Christian Oersted) où il a pu constater que l'électricité en mouvement est une source de magnétisme. Il observe que deux fils parcourus par des courants électriques pouvaient s'attirer, ou se repousser, comme des aimants. Il releva également que l'électricité et le magnétisme sont liés.

Ampère interprète le phénomène du magnétisme par la théorie du courant moléculaire, selon laquelle d'innombrables particules minuscules, chargées électriquement, seraient en mouvement dans le conducteur. Cette théorie est rejetée par les scientifiques de l'époque et ne parvient à s'imposer que soixante ans plus tard avec la découverte des électrons. Nous devons aussi à Ampère des découvertes en mathématiques, notamment la théorie des probabilités et l'intégration des équations différentielles partielles. André marie ampère a aussi donné son nom à l'intensité électrique , l’ampère (A) est l'unité de mesure de intensité du courant électrique. L'intensité du courant électrique est un nombre décrivant le débit de charge électrique à travers une surface donnée, notamment la section d'un fil électrique.

Source : VIKIDIA

 

Rappels de 5e.

Le variateur d’intensité qui équipe de nombreux luminaires (type halogènes). Si l’on actionne ce variateur, la lampe brille plus ou moins fort. On dit encore que l’intensité du courant électrique est plus ou moins grande.

Une lampe L convenablement choisie est alimentée par une pile : elle brille normalement.

On ajoute une deuxième lampe montée en série avec la première lampe, les deux lampes brillent faiblement.

Conclusion :

  • Plus l’éclat d’une lampe à incandescence est grand, plus l’intensité du courant qui la traverse est grande.
  • Plus il y a de lampes en série dans un circuit, plus l'intensité du courant diminue.

II) Définition et mesure de l'intensité.

1. Définition :

L'intensité représente la quantité d'électricité qui traverse un conducteur par seconde. L'intensité est une grandeur notée I. Elle s'exprime en ampères (symbole : A)

2. Appareil de mesure : L'ampèremètre

Il faut préparer le multimètre pour qu'il fonctionne comme un ampèremètre :

Comment faire ? Exemple d'une mesure de l'intensité. (Choisir en premier le calibre 10 A puis le calibre mA)

 

En résumé de la vidéo ci dessus :

Utilisation du multimètre comme ampèremètre

Il faut placer le curseur de l'appareil dans la zone  sur le plus grand calibre. (Ici 10 A)

Puis il faut placer deux fils l'un sur la borne (COM) l'autre sur la borne (10 A)

 

Un ampèremètre se branche en série. Le courant doit entrer par la borne (10 A) ou (mA) et sortir par la borne (COM), sinon l'appareil affiche une valeur négative.

Le calibre correspond à la valeur maximale que peut mesurer l'ampèremètre sans être détérioré. Par précaution, on débute toujours la mesure en utilisant le plus grand calibre.(10 A) Une fois l'intensité connue, on choisit le calibre immédiatement supérieur à cette mesure.

Attention aux unités : dans le circuit ci-contre, l'intensité est exprimée en milliampère. (I = 248 mA)

Pour vérifier que tu as bien compris :

 

Schéma de l'ampèremètre :

Schéma normalisé de l'ampèremètre. Schéma normalisé du circuit ci-dessus :

3. Notation du résultat de la mesure et unité :

L'intensité du courant électrique se note avec la lettre I. Les unités que nous utiliserons cette année sont l'ampère (A) ou le milliampère (mA).

Exemple de notation pour un courant de 0,5 ampère : I = 0,5 A. = 500 mA

I = 0,5 A
C'est la grandeur mesurée   c'est la valeur que l'on a mesuré pour la grandeur I C'est l'unité associée à cette grandeur

Pour les conversions on retiendra que :

  • 1 A = 1000 mA
  • 1 mA = 0,001 A

En résumé : la fiche d'utilisation de l'ampèremètre

 

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III) Mesure de la résistance

Georg Simon Ohm, né le 16 mars 1789 à Erlangen en Allemagne et mort à 65 ans le 6 juillet 1854 à Munich, est un physicien allemand.

Professeur d'université, Ohm a commencé ses travaux de recherche par une étude sur la cellule électrochimique récemment inventée par Alessandro Volta. En utilisant du matériel de sa propre invention, Ohm a découvert l'existence d'une relation de proportionnalité directe entre la différence de potentiel appliquée aux bornes d'un conducteur et le courant électrique qui le traverse, ce qu'on appelle maintenant la loi d'Ohm. Ces résultats expérimentaux lui ont permis de déterminer les relations fondamentales entre courant, tension et résistance électrique, ce qui constitue le début de l'analyse des circuits électriques.

Autre noms : Résistor, conducteur ohmique.

1) Notation :

La valeur d'une résistance s'exprime en ohm. (Ώ) Elle se note de la façon suivante : R = 33 Ώ

On la mesure avec un ohmmètre.

2) Mesure :

Bilan Utilisation du multimètre

 

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